Коллектив сотрудников кафедр радиохимии и электрохимии химического факультета МГУ совместно с учеными из Сколковского института науки и технологий подробно исследовал новое соединение для катода в натрий-ионных аккумуляторах. Полученные данные позволяют описать механизм работы катода и создать материалы для нового типа более дешевых и доступных батарей.

Работа выполнена в рамках национального проекта «Наука и университеты», который призван поддерживать и развивать научную деятельность и образование в России. Исследование поддержано грантом Минобрнауки № 075–15–2022–1107, результаты опубликованы в журнале Chemistry of Materials.

Сегодня мы не можем представить свою жизнь без портативных электронных устройств. В каждом из них есть аккумулятор, который необходимо многократно и быстро заряжать, чтобы сохранять их мобильность. Самый популярный тип батарей – литий-ионные. Высокая плотность заряда и безопасность для окружающей среды – безусловные преимущества этих аккумуляторов. Однако количество лития для производства ограничено запасами месторождений, а его цена на рынке металлов нестабильна. Поэтому задача ученых и технологов – найти новые экономически доступные материалы.

Одно из решений – замена лития на более дешевый натрий в материале катода и создание натрий-ионных аккумуляторов. Принцип работы батареи при этом не меняется: ионы щелочного металла изначально находятся между плоскостями соединения со слоистым строением, а в процессе заряда батареи покидают структуру и движутся к аноду; при разрядке батареи ионы возвращаются к катоду и встраиваются обратно в межслоевое пространство. Материал для натриевого электрода схож по составу с литиевым.

Как правило, для изготовления катодов используют смешанные соли или оксиды металлов (например, LiFePO₄ или NaFeO₂), однако наиболее перспективными считаются структуры с несколькими различными металлами. Одно из таких соединений, обладающее составом NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2, изучила исследовательская группа МГУ и Сколтеха.